汽車發動機蓋鎖屬于發......



汽車發動機蓋鎖屬于發動機蓋的附件，是具有獨立功能的部件。其功能旨在使其安全鎖閉，并保證機罩與車身的相對位置在行車中不得自動開

啟。發動機蓋鎖的結構包括鎖本體、內開機構和安全鎖三部分。發動機蓋鎖按其鎖體結構劃分，可分為鉤子鎖、舌簧鎖及卡板鎖三種形式。本

文以某種車型的發動機蓋鎖為例進行研究，該車型的發動機蓋鎖屬于卡板鎖，它的工作原理是：發動機蓋鎖靠鉤扣定位，采用輔助掛鉤與卡板

雙重鎖緊機構。其優點在于：使用可靠，不易自動脫開，大大提高了汽車行駛的安全性。發動機蓋鎖相對于汽車門鎖等，其發展還具有一定差

距。如何突破機械結構的局面，并向人性化、數字化的方向發展，將成為發動機蓋鎖的發展前景。
虛擬樣機技術（Virtual Prototype Technology）是在計算機的虛擬現實中實現設計、分析與制造的技術，強調在產品投產之前完成設計與制

造過程的相關分析，保證制造實施的可行性。在汽車設計領域，虛擬樣機技術是指在計算機里應用三維設計軟件建立樣車模型并對之進行一系

列的性能模擬仿真。其中虛擬樣機（virtual prototyping，VP）就是利用計算機仿真技術，建立與物理樣機相似的模型，通過優化、集成和

仿真測試得到關于該樣機的性能描述[2] [3] [4]。虛擬樣機技術是在數字化設計的背景中得以實現的，它依賴于三維數字模型的準確性和參

數化特性，從而可以快速地進行分析仿真,來實現設計方案的優化。它強調數字化的產品模型及其產生過程，將二維圖紙表達的設計構思演變

成基于三維實體模型的虛擬產品（虛擬樣機），建立起數字化設計平臺。因為此項技術在汽車開發上的巨大作用，使其在汽車設計領域得到了

迅速發展和廣泛應用。在汽車行業里，很多汽車制造商從虛擬樣機技術的應用中獲得了巨大的收益。
本文以UG軟件為設計研究平臺，UG軟件是集CAD/CAM/CAE功能于一體的軟件集成系統。運用其復合建模、鈑金建模、虛擬裝配等相關參數化設

計方法，建立發動機蓋鎖的虛擬樣機模型，并運用UG的Motion模塊進行運動學仿真分析，發揮虛擬樣機軟件的特長。虛擬樣機技術可以減少實
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物模型和樣機的投入，避免設計缺陷，縮短產品開發周期，降低產品開發成本和制造成本。
1 蓋鎖虛擬樣機模型的建立
本文研究的發動機蓋鎖屬于卡板鎖，主要由鎖體、卡板、輔助掛鉤、鎖緊手柄、鎖環、輔助掛鉤回位彈簧、鎖緊手柄回位彈簧、卡板回位彈簧

和卡板回位彈簧鉤塊組成。虛擬樣機技術的核心問題是虛擬樣機模型的建立，虛擬樣機模型應是參數化的實體模型，只有這樣才能滿足用戶不

斷修改從而最終實現產品的最優設計或變形產品設計的要求。本文首先對已有車型卡板鎖實物模型的工作原理及結構進行分析，對其主要部件

進行測量，然后通過UG軟件建立各個部件的三維實體模型。準確的物理模型和方便的建模方法是應用虛擬樣機技術的關鍵。在各個部件的建模

過程中，主要運用了建立草圖（Sketch）、成型特征（Form Feature）、自由形狀特征（Free Form Feature）以及鈑金特征（Sheet Metal

Feature）等功能。
1.1 汽車發動機蓋鎖的鎖體模型建立
汽車發動機蓋鎖的鎖體結構比較復雜，是典型的鈑金部件。利用UG鈑金設計模塊創建和制作了汽車發動機蓋鎖的鎖體模型。Sheet Metal

Feature（板金特征）菜單中的General Flange（通用彎邊）特征、Sheet Metal Bend（鈑金折彎）特征、Sheet Metal Punch（鈑金沖壓）特

征、Sheet Metal Bead（鈑金筋槽）、Sheet Metal Bridge（鈑金橋接）特征等功能被廣泛地運用到了汽車發動機蓋鎖的鎖體建模中。汽車發

動機蓋鎖的鎖體模型，如圖1所示。應用UG軟件的參數化建模方法建立各個部件的參數化實體模型，為后續的設計分析、修改模型打下堅實的

基礎，從而不斷提高汽車發動機蓋鎖的設計水平和質量。

1．2 汽車發動機蓋鎖的虛擬裝配
應用UG軟件的虛擬裝配模塊建立汽車發動機蓋鎖的虛擬樣機模型。完成發動機蓋鎖的各個部件的虛擬樣機模型的建立后，就可以進行虛擬裝配

了。本文采用自底向上的方法進行虛擬裝配，使用配對約束、對齊約束、正交約束、角度約束、平行約束、中心對齊約束、距離約束等約束條

件建立配對條件，這樣一旦部件的虛擬樣機模型改變，產品的虛擬裝配模型即汽車發動機蓋鎖的虛擬樣機模型將隨著改變，實現了真正意義的

參數化設計。汽車發動機蓋鎖的虛擬樣機模型即總裝配效果圖和裝配導航器如圖2和3所示。

2 汽車發動機蓋鎖的虛擬分析
本文主要對汽車發動機蓋鎖進行虛擬運動分析，為了方便研究和分析，建立了四個運動分析方案scenario1、scenario2、scenario3、

scenario4。每種分析方案對應著一個裝配排列。分析時若發現干涉或間隙過大等問題，可以及時修改虛擬樣機模型，然后在進行分析直至滿

意為止，充分發揮虛擬樣機技術的優點，縮短產品開發周期，降低產品開發成本。
2．1 汽車發動機蓋鎖的運動模擬
UG的Motion模塊具有強大的運動仿真及分析功能，形象的運動模擬很好地體現了虛擬樣機技術在設計中的運用。運動模擬仿真的全過程大致可

以分為以下幾個步驟：創建連桿、建立運動付、定義運動驅動、創建運動模擬仿真四個步驟。本文所研究的卡板鎖的運動方式如下：發動機蓋

板由開啟位置落下撞到輔助掛鉤，此時蓋板所帶有的勢能在鎖鉤撞擊輔助掛鉤時全部轉化為動能，從而使鎖鉤能頂開輔助掛鉤形成第一重鎖止

。但此時，鎖鉤所具有的動能還不足以推動卡板帶動它一起運動。這時候就需要人用手用力的按住發動機蓋往下運動直到鎖構進入第二重鎖止

位置為止；最后人手松開，鎖緊手柄在回位彈簧作用下回到初始位置并封住卡板回位的趨勢。為了方便研究和分析，本文建立了四個運動分析

方案scenario1、scenario2、scenario3、scenario4。在四個運動方案中，所定義的連桿及運動付如表1所示。在不同的方案中，發動機蓋鎖

中各個部件的運動主要是以旋轉為主，所以應分別為發動機蓋、卡板、輔助掛鉤及鎖緊手柄加上旋轉付，并在運動付上施加恒定驅動為運動函

數。當創建好連桿、運動付，定義好運動驅動之后，就可以創建運動模擬仿真了。本文采用關節運動的方式來模擬機構的運動。關節運動分析